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6.2.1.1: Wasserschadstoffe und ihre Quellen - Biologie

6.2.1.1: Wasserschadstoffe und ihre Quellen - Biologie


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Obwohl natürliche Prozesse wie Vulkanausbrüche oder Verdunstung manchmal Wasserverschmutzung verursachen können, wird die meiste Verschmutzung durch menschliche Aktivitäten an Land verursacht. Schadstoffe können sich durch verschiedene Wasserreservoirs ausbreiten, während das sie tragende Wasser die Stufen des Wasserkreislaufs durchläuft (Abbildung (PageIndex{a})). Aufenthaltszeit (die durchschnittliche Zeit, die ein Wassermolekül in einem Reservoir verbringt) ist der Schlüssel zu Verschmutzungsproblemen, da sie das Verschmutzungspotenzial beeinflusst. Wasser in Flüssen hat eine relativ kurze Verweilzeit, daher ist die Verschmutzung meist nur kurz da. Natürlich kann die Verschmutzung von Flüssen einfach in ein anderes Reservoir wie den Ozean verlagert werden, wo sie weitere Probleme verursachen kann. Grundwasser ist typischerweise durch langsames Fließen und längere Verweilzeiten gekennzeichnet, was die Grundwasserverschmutzung besonders problematisch machen kann. Schließlich, Verschmutzungsverweilzeit kann viel länger sein als die Wasserverweilzeit, da ein Schadstoff lange Zeit im Ökosystem aufgenommen oder in Sedimente aufgenommen werden kann.

Abbildung (PageIndex{a}): Quellen einiger Wasserschadstoffe und Verbringung von Schadstoffen in verschiedene Wasserreservoirs des Wasserkreislaufs (wie Flüsse und Grundwasserleiter). Kontaminationen durch Punktquellen können bis zu bestimmten Austrittsstellen zurückverfolgt werden. Luftverschmutzung ist ein Beispiel für eine Kontamination durch nicht punktuelle Quellen, da sich Schadstoffe in der Luft und in der Landschaft befinden und letztendlich von mehreren Orten in das Wasser gelangen. Erodierte Böden und Sedimente sind eine weitere Quelle für die Verschmutzung durch Punktquellen. Bild von USGS (gemeinfrei).

Wasser kann durch verschiedene menschliche Aktivitäten oder durch vorhandene natürliche Merkmale, wie mineralreiche geologische Formationen, verunreinigt werden. Landwirtschaftliche Aktivitäten, Industriebetriebe, Deponien, Tierhaltungsbetriebe und kleine und große Abwasserbehandlungsverfahren können unter anderem potenziell zur Kontamination beitragen. Wenn Wasser über das Land läuft oder in den Boden eindringt, löst es Material auf, das von diesen potenziellen Schadstoffquellen zurückgelassen wurde. Die Risiken und die Art der Sanierung eines Schadstoffs hängen von der Art der vorhandenen Chemikalien ab.

Punktquelle Verschmutzung kann auf einen einzigen, bestimmbaren Ursprung zurückgeführt werden. Beispielsweise züchten Tierfabriken (Abbildung (PageIndex{b})) eine große Zahl und Dichte an Nutztieren wie Kühen, Schweinen und Hühnern. Auch Mischkanalisationssysteme mit einem einzigen Satz unterirdischer Leitungen zum Sammeln von Abwasser und Regenwasser aus den Straßen zur Abwasserbehandlung können wichtige Punktquellen für Schadstoffe sein. Bei starkem Regen kann der Regenwasserabfluss die Kanalkapazität überschreiten und zu einem Rückstau führen. Dadurch gelangt ungereinigtes Abwasser direkt in Oberflächengewässer (Abbildung (PageIndex{c})). Andere Beispiele sind Rohre aus Fabriken, Mülldeponien, Lagertanks und ausgelaufene Chemikalien.

Abbildung (PageIndex{b}): Große Tierhaltungsbetriebe werden oft als Kraftfutterbetriebe (CFOs) bezeichnet. Diese Betriebe gelten als potenzielle Punktquellen der Verschmutzung, da unbehandelte tierische Abfälle als unbehandeltes Abwasser in nahegelegene Gewässer gelangen können. Bildnachweis: ehp.gov

Abbildung (PageIndex{c}): Ein Mischwasserkanalsystem ist eine mögliche punktuelle Hauptquelle der Wasserverschmutzung bei Starkregen durch Überlaufen von ungeklärtem Abwasser. Bei trockenem Wetter (und kleinen Stürmen) werden alle Ströme von den öffentlichen Klärwerken (POTW) abgewickelt. Bei großen Stürmen ermöglicht die Entlastungsstruktur, dass ein Teil des kombinierten Regen- und Abwassers unbehandelt in ein angrenzendes Gewässer eingeleitet wird. Bild der US-Umweltschutzbehörde (Public Domain).

Nonpoint-Quelle Die Verschmutzung stammt aus mehreren verstreuten Quellen. Der gesamte Beitrag der Schadstoffe ist schädlich, die einzelnen Komponenten dürfen jedoch keine schädlichen Konzentrationen erreichen. Nichtpunktuelle Verschmutzungsquellen umfassen landwirtschaftliche Felder, Städte und verlassene Minen. Niederschlag fließt über das Land und durch den Boden und nimmt Schadstoffe aus dem gesamten Wasserscheide (einschließlich Landflächen und kleineren Bächen, die in ein bestimmtes Gewässer münden). Zu diesen Schadstoffen können Herbizide, Pestizide und Düngemittel aus landwirtschaftlichen Feldern und Rasen gehören; Öl, Frostschutzmittel, Tierabfälle und Streusalz aus städtischen Gebieten; und saure und giftige Elemente aus verlassenen Minen. Dann wird diese Verschmutzung durch Abfluss in Oberflächengewässer und Grundwasser getragen. Die Verschmutzung durch Nichtpunktquellen, die die Hauptursache für die Wasserverschmutzung in den USA ist, ist aufgrund ihrer geringen Konzentration, mehreren Quellen und der viel größeren Wassermenge in der Regel viel schwieriger und teurer zu kontrollieren als die Verschmutzung durch Punktquellen.

Laut einem Bericht aus dem Jahr 2016 gab es in den Vereinigten Staaten 20.912 Fälle von beeinträchtigten Gewässern, was bedeutet, dass sie weder ein gesundes Ökosystem unterstützen noch die Wasserqualitätsstandards erfüllen konnten (Abbildung (PageIndex{d})). Im Folgenden werden ausgewählte Ursachen von Beeinträchtigungen (Wassergefährdungen) diskutiert, kategorisiert danach, ob sie durch chemische, biologische oder physikalische Prozesse entstehen.

Abbildung (PageIndex{d}): Die Hauptursachen für beeinträchtigte Gewässer in den USA im Jahr 2016. Die Zahl hinter jedem roten Balken ist die Anzahl der beeinträchtigten Gewässer. Die fünf häufigsten Beeinträchtigungsquellen waren polychlorierte Biphenyle, Krankheitserreger, Nährstoffe (z. B. aus Düngemitteln), Quecksilber und andere Metalle als Quecksilber. Bild von EPA (gemeinfrei).

Chemische Schadstoffe

Chemische Verschmutzung durch Landwirtschaft, Industrie, Städte und Bergbau bedroht die globale Wasserqualität. Luftschadstoffe aus diesen Aktivitäten können auch durch Trockenablagerung, Niederschlag und Abfluss in Gewässer gelangen (und zu Wasserschadstoffen werden). Einige chemische Schadstoffe haben schwerwiegende und bekannte gesundheitliche Auswirkungen, während viele andere nur wenig bekannte langfristige Auswirkungen auf die Gesundheit haben.

Jedes natürliche Wasser enthält gelöste Chemikalien, von denen einige wichtige menschliche Nährstoffe sind, während andere für die menschliche Gesundheit schädlich sein können. Die Konzentration eines wassergefährdenden Stoffes wird üblicherweise in sehr kleinen Einheiten wie z. B. Teilen pro Million (ppm) oder sogar Teile pro Milliarde (ppb). Eine Arsenkonzentration von 1 ppm bedeutet 1 Teil Arsen pro Million Teile Wasser. Dies entspricht einem Tropfen Arsen auf 50 Liter Wasser. Um Ihnen einen anderen Blickwinkel auf die Wertschätzung kleiner Konzentrationseinheiten zu geben, ist die Umrechnung von 1 ppm in Längeneinheiten 1 cm (0,4 Zoll) in 10 km (6 Meilen) und die Umrechnung von 1 ppm in Zeiteinheiten 30 Sekunden pro Jahr. Gesamte gelöste Feststoffe (TDS) stellen die Gesamtmenge an gelöstem Material in Wasser dar. Die durchschnittlichen TDS-Werte für Regen-, Fluss- und Meerwasser liegen bei etwa 4 ppm, 120 ppm bzw. 35.000 ppm.

Organische Schadstoffe

Zu den organischen Schadstoffen zählen Herbizide und Pestizide, Pharmazeutika, Kraftstoffe (wie Ölverschmutzungen), industrielle Lösungsmittel und Reinigungsmittel sowie synthetische Hormone im Zusammenhang mit Pharmazeutika. Diese synthetischen Hormone können als endokrine Disruptoren. Viele sind Persistente organische Schadstoffe (POPs), die in der Umwelt langlebig sind, durch die Nahrungskette biomagnifizieren und giftig sein können. Wie bereits erwähnt, sind DDT (Pestizid), Dioxin (Herbizid-Nebenprodukt) und PCB (polychlorierte Biphenyle, die als flüssiger Isolator in elektrischen Transformatoren verwendet wurden) alle POPs.

Ein Beispiel für organische chemische Kontamination ist der Love Canal in Niagara Falls, New York (Abbildung (PageIndex{e})). Von 1942 bis 1952 entsorgte die Hooker Chemical Company über 21.000 Tonnen Chemieabfälle, darunter chlorierte Kohlenwasserstoffe, in einem Kanal und bedeckte ihn mit einer dünnen Lehmschicht. Chlorkohlenwasserstoffe sind eine große Gruppe organischer Chemikalien mit chlorfunktionellen Gruppen, von denen die meisten giftig und krebserregend für den Menschen sind (DDT und PCB sind Beispiele dafür). Das Unternehmen verkaufte das Land an das New York School Board, das es zu einem Nachbarschaft. Nachdem die Bewohner an ernsthaften gesundheitlichen Beschwerden litten und ölige Flüssigkeitslachen in die Keller der Bewohner stiegen, musste die Nachbarschaft evakuiert werden. Diese Seite wurde eine US-Umweltschutzbehörde Superfund-Site, ein Standort mit Bundesmitteln und Aufsicht, um seine Säuberung sicherzustellen.

Abbildung (PageIndex{e}): Der Liebeskanal in Niagra Falls, New York. Bild von Environmental Protection Agency (gemeinfrei).

Anorganische Schadstoffe

Anorganische Schadstoffe umfassen Nährstoffe wie Nitrat (NO3-) und Phosphat (PO43-), Schwermetalle, Chlorid (Cl-) und radioaktive Isotope, die bei Bergbau- oder Atomunfällen freigesetzt werden (wie Cäsium, Jod, Uran und Radon). Nährstoffe können aus geologischem Material wie phosphorreichem Gestein stammen, werden aber meistens aus Düngemitteln und tierischen und menschlichen Abfällen gewonnen. Unbehandelte Abwässer und landwirtschaftliche Abwässer konzentrieren Stickstoff und Phosphor, die für das Wachstum von Mikroorganismen unerlässlich sind. Nährstoffe wie Nitrat und Phosphat im Oberflächenwasser können das Wachstum von Mikroben wie Blaualgen (Cyanobakterien) fördern, die wiederum gelösten Sauerstoff (O2 ;figur (PageIndex{f})) und produzieren Giftstoffe. Dieser Vorgang ist bekannt als Eutrophierung (wird unten sowie zuvor in Biogeochemische Zyklen, Bedrohungen der Biodiversität und industrielle Landwirtschaft erörtert).

Abbildung (PageIndex{f}): Ein Wissenschaftler misst gelösten Sauerstoff im Holes Creek im Huffman Park in Kettering, Ohio. Bild und Bildunterschrift (geändert) von USGS (Public Domain).

Beispiele für Schwermetalle sind Arsen, Quecksilber, Blei, Cadmium und Chrom, und sie können sich über die Nahrungskette bioakkumulieren und biomagnifizieren. Arsen (As) gelangt auf natürliche Weise in die Wasserversorgung durch die Verwitterung arsenreicher Mineralien und durch menschliche Aktivitäten wie das Verbrennen von Kohle und das Schmelzen von Metallerzen. Der schlimmste Fall einer Arsenvergiftung ereignete sich in dem dicht besiedelten, verarmten Land Bangladesch, in dem jedes Jahr 100.000 Todesfälle durch Durchfall und Cholera durch das Trinken von mit Krankheitserregern kontaminiertem Oberflächenwasser aufgrund unsachgemäßer Abwasserbehandlung zu verzeichnen waren. In den 1970er Jahren leisteten die Vereinten Nationen Hilfe für Millionen von Flachwasserbrunnen, was zu einem dramatischen Rückgang der Krankheitserreger führte. Leider produzierten viele der Brunnen von Natur aus arsenreiches Wasser. Tragischerweise gibt es in Bangladesch schätzungsweise 77 Millionen Menschen (etwa die Hälfte der Bevölkerung), die versehentlich giftigen Arsenkonzentrationen ausgesetzt waren. Die Weltgesundheitsorganisation hat es als die größte Massenvergiftung einer Bevölkerung in der Geschichte bezeichnet.

Quecksilber gelangt auf natürliche Weise in die Wasserversorgung durch die Verwitterung quecksilberreicher Mineralien und wie Quecksilber durch menschliche Aktivitäten wie Kohleverbrennung und Metallverarbeitung. Ein berühmter Fall einer Quecksilbervergiftung in Minamata, Japan, betraf methylquecksilberreiche industrielle Entladungen, die zu hohen Quecksilberwerten in Fischen führten. Die Menschen in den lokalen Fischerdörfern aßen über 30 Jahre lang bis zu dreimal täglich Fisch, was zu über 2.000 Todesfällen führte. Während dieser Zeit taten das verantwortliche Unternehmen und die nationale Regierung wenig, um das Problem zu mildern, zu lindern oder auch nur anzuerkennen.

Salz, typischerweise Natriumchlorid, ist eine übliche anorganische Verunreinigung. Es kann aus natürlichen Lagerstätten oder aus anthropogenen Quellen in das Grundwasser eingebracht werden, wie beispielsweise die Salze, die im Winter auf Straßen aufgetragen werden, um die Eisbildung zu verhindern (Abbildung (PageIndex{g})). Salzverunreinigungen können auch auftreten von Salzwasserintrusion, wo Depressionskegel um frisches Grundwasser, das in der Nähe von Ozeanküsten pumpt, das Eindringen von Salzwasser in den Süßwasserkörper bewirken.

Abbildung (PageIndex{g}): Ein Schneepflug- und Streusalz-Aufbringungs-LKW, der verwendet wird, um Schnee und Eis von Fahrbahnen zu räumen, um die Verkehrs- und Fußgängersicherheit zu verbessern. Die Verwendung von Salz zum Enteisen von Gehwegen kann für Wasserlebewesen in städtischen Bächen schädlich sein. Bild und Bildunterschrift (geändert) von USGS (Public Domain).

Der Säure- oder Alkalitätsgehalt eines Gewässers kann sich ebenfalls auf seine Qualität auswirken. pH ist ein Maß für die Konzentration von Wasserstoffionen (Protonen) in einer Lösung, das bestimmt, wie sauer oder basisch (alkalisch) eine Lösung ist. Saure Lösungen haben eine hohe Wasserstoffionenkonzentration und einen pH-Wert von weniger als 7, und basische Lösungen haben einen pH-Wert von mehr als 7. Der pH-Wert von Süßwasser liegt normalerweise im Bereich von 5 bis 9, und Salzwasser ist in einem gesunden . leicht basisch (pH = 8,2) Ökosystem. Wenn die Bedingungen zu sauer sind, können sich einige Wassertiere nicht fortpflanzen und Kalziumkarbonatstrukturen (Muscheln, Schnecken, Korallen usw.) lösen sich auf. Säureablagerung wird später in diesem Kapitel weiter besprochen, und Ozeanversauerung wird im nächsten Kapitel besprochen.

Hartes Wasser enthält reichlich Kalzium und Magnesium, was seine Fähigkeit zur Entwicklung von Seifenlauge verringert und die Bildung von Kalk (Kalzium- und Magnesiumkarbonatmineralien) auf Heißwassergeräten fördert. Wasserenthärter entfernen Kalzium und Magnesium, wodurch das Wasser leicht aufschäumen kann und das Ausfällen der Mineralien auf Oberflächen verhindert wird (Abbildung (PageIndex{h})). Hartes Wasser entsteht auf natürliche Weise durch die Auflösung von Calcium- und Magnesiumcarbonatmineralien im Boden; Es hat keine negativen Auswirkungen auf die Gesundheit des Menschen.

Abbildung (PageIndex{h}): Zu hartes Wasser (hoher Kalziumgehalt) kann zu Filmbildung auf Glaswaren führen. Bild von Liz Meimann/Iowa State Univ. (öffentlicher Bereich).

Biologische Schadstoffe

Krankheitserreger (infektiöse Mikroorganismen oder Viren) gelangen aufgrund unzureichender Abwasserbehandlung vor allem aus menschlichen und tierischen Fäkalien ins Wasser. In vielen unterentwickelten Ländern wird Abwasser entweder unbehandelt oder nur rudimentär in lokale Gewässer eingeleitet. In entwickelten Ländern kann unbehandeltes Abwasser aus Überläufen von Mischwassersystemen, schlecht geführten Tierhaltungsbetrieben und undichten oder defekten Abwassersammelsystemen einleiten. Wasser mit Krankheitserregern kann durch Zugabe von Chlor oder Ozon (O3), durch Abkochen oder durch die Behandlung des Abwassers an erster Stelle.

Physische Verschmutzungsquellen

Müll, Sedimente und thermische Verschmutzung entstehen durch physikalische Verschmutzungsquellen (Abbildung (PageIndex{i})). Abfall wurde in der Abfallwirtschaft ausführlich diskutiert. Überschüssige Sedimente gelangen in Gewässer, wenn verschiedene Landnutzungen wie Bergbau, Entwaldung und Landwirtschaft die Erosion erhöhen. Sedimente können Giftstoffe oder überschüssige Nährstoffe mit sich führen und das Wasser trüben (was zu Trübung). Trübung verhindert, dass Wasserpflanzen ausreichend Sonnenlicht erhalten. Thermische Verschmutzung tritt auf, wenn die Wassertemperatur ihren natürlichen Bereich überschreitet. Viele Kraftwerke (wie Kohle, Erdgas, Kernkraft usw.) sind zur Kühlung auf Wasser aus der Umgebung angewiesen. Dieses Wasser wird mit einer höheren Temperatur als üblich wieder in die Gewässer abgegeben. Hohe Temperaturen stören Wasserorganismen aus mehreren Gründen; einer ist, dass wärmeres Wasser nicht so viel gelösten Sauerstoff aufnehmen kann (siehe unten; Abbildung (PageIndex{j})). Dämme können auch die Wassertemperatur zum Nachteil der dort lebenden Organismen erhöhen.

Abbildung (PageIndex{i}): Wasserverschmutzung. Offensichtliche Wasserverschmutzung in Form von Treibgut; unsichtbare Wasserschadstoffe können manchmal viel schädlicher sein als sichtbare. Bild von Stephen Codrington (CC-BY).

Abbildung (PageIndex{j}): Die Wassertemperatur beeinflusst die Konzentration von gelöstem Sauerstoff in Gewässern. Von Januar bis Dezember 2017 nimmt die Wassertemperatur (blau) in den Sommermonaten zu und dann wieder ab. Der Gehalt an gelöstem Sauerstoff (orange) sinkt im Sommer, wenn die Temperatur steigt. Bild und Bildunterschrift (geändert) von USGS (Public Domain).

Biochemischer Sauerstoffbedarf, Hypoxie und Eutrophierung

Sauerstoffintensiver Abfall ist ein äußerst wichtiger Schadstoff für Ökosysteme. Das meiste Oberflächenwasser, das mit der Atmosphäre in Kontakt kommt, enthält eine geringe Menge an gelöstem Sauerstoff, der von Wasserorganismen für die Zellatmung benötigt wird. Zersetzer wie Bakterien und Pilze führen auch die Zellatmung durch und verbrauchen Sauerstoff, während sie tote organische Stoffe abbauen.

Zu viel zerfallende organische Substanz im Wasser ist ein Schadstoff, da es dem Wasser Sauerstoff entzieht, der Fische, Schalentiere und Wasserinsekten töten kann. Die Menge an Sauerstoff, die von Aerobic (in Gegenwart von Sauerstoff) wird die Zersetzung von organischem Material genannt biochemischer Sauerstoffbedarf (BOD). Die Hauptquelle toter organischer Stoffe in vielen natürlichen Gewässern ist Abwasser; Gras und Blätter sind kleinere Quellen.

Ein in Bezug auf BSB unbelastetes Gewässer ist ein turbulenter Fluss, der durch einen natürlichen Wald fließt. Turbulenzen bringen Wasser ständig in Kontakt mit der Atmosphäre, wo der Gehalt an gelöstem Sauerstoff wiederhergestellt wird. Der Gehalt an gelöstem Sauerstoff in einem solchen Fluss reicht von 10 bis 14 ppm. Bei geringem biologischen Sauerstoffbedarf gedeihen Reinwasserfische wie Forellen (Abbildung (PageIndex{k})).

Abbildung (PageIndex{k}): Links: Fische wie Regenbogenforellen gedeihen bei geringem biologischen Sauerstoffbedarf und reichlich gelöstem Sauerstoff. Rechts: Fische wie Karpfen gedeihen bei hohem biologischen Sauerstoffbedarf und niedrigem Gehalt an gelöstem Sauerstoff. Linkes Bild von Engbretson Eric/U.S. Fisch- und Wildtierdienst (gemeinfrei). Rechtes Bild von X posid (gemeinfrei).

Ein bzgl. BSB belasteter Wasserkörper ist ein stehender, tiefer See in einer städtischen Umgebung mit Mischkanalisation. Dieses System begünstigt einen hohen Eintrag von totem organischem Kohlenstoff aus Abwasserüberläufen und eine begrenzte Möglichkeit der Wasserzirkulation und des Kontakts mit der Atmosphäre. In einem solchen See beträgt der Gehalt an gelöstem Sauerstoff ≤ 5 ppm. Der biologische Sauerstoffbedarf ist hoch und es dominieren sauerstofftolerante Fische wie Karpfen und Welse (Abbildung (PageIndex{k})).

Überschüssige Nährstoffe, insbesondere Stickstoff (N) und Phosphor (P), sind Schadstoffe, die eng mit sauerstoffverbrauchenden Abfällen verwandt sind. Pflanzen und Algen benötigen zum Wachstum 15-20 Nährstoffe, von denen die meisten im Wasser reichlich vorhanden sind. Stickstoff und Phosphor heißen limitierende Nährstoffe, da sie jedoch in der Regel in geringen Konzentrationen im Wasser vorhanden sind und daher das Gesamtwachstum der Pflanzen einschränken. Dies erklärt, warum Stickstoff und Phosphor die Hauptbestandteile der meisten Düngemittel sind.

Hohe Konzentrationen limitierender Nährstoffe, insbesondere Stickstoff (N) und Phosphor (P), aus menschlichen Quellen (hauptsächlich landwirtschaftliche und städtische Abflüsse, einschließlich Düngemittel, Abwasser und phosphorbasierte Reinigungsmittel) können eine kulturelle Eutrophierung verursachen, die zu einem schnellen Wachstum von Wasserpflanzen führt Produzenten, insbesondere Algen. Dicke Matten aus Schwebealgen oder bewurzelten Pflanzen führen zu einer Form der Wasserverschmutzung, die das Ökosystem schädigt, indem sie Fischkiemen verstopft und das Sonnenlicht blockiert (Abbildung (PageIndex{l})). Ein kleiner Prozentsatz der Algenarten produziert Toxine, die Tiere, einschließlich Menschen, töten können. Exponentielles Wachstum dieser Algen nennt man giftige Algenblüten.

Abbildung (PageIndex{l}): Im Eriesee blüht eine Cyanobakterie (Blaualge) aufgrund von Düngemittelverschmutzung. Bild von der NASA (gemeinfrei).

Wenn die produktive Algenschicht abstirbt, wird sie zu sauerstoffforderndem Abfall, der zu sehr niedrigen Sauerstoffkonzentrationen im Wasser (< 2 ppm) führen kann, ein Zustand, der als . bezeichnet wird Hypoxie. Dies führt zu einer toten Zone, da Organismen, die diese Umgebung nicht verlassen können, durch Erstickung zum Tod führen (Abbildung (PageIndex{m})). Etwa 50 % der Seen in Nordamerika, Europa und Asien sind von Eutrophierung negativ betroffen. Eutrophierung und Hypoxie sind schwer zu bekämpfen, da sie in erster Linie durch die schwer zu regulierende Verschmutzung durch Punktquellen verursacht werden und Stickstoff und Phosphor nur schwer aus dem Abwasser entfernt werden können.

Abbildung (PageIndex{m}): Der Eutrophierungsprozess. Während der Eutrophierung verursacht ein erhöhter Nährstoffgehalt das Wachstum photosynthetischer Mikroben, was dazu führt, dass mehr Biomasse abgebaut wird. Bei der Zersetzung wird mehr Sauerstoff verbraucht, was zum Tod größerer Organismen führt. Das Wachstum photosynthetischer Mikroben führt auch zu Toxinen (z. B. solche, die während der Roten Fluten produziert werden), was auch zum Absterben größerer Organismen führt.


Wasser und Wasserverschmutzung

Wir wissen bereits, dass Wasser die wichtigste Ressource auf dem Planeten ist. Es ist die Essenz allen Lebens auf der Erde. Und dennoch, wenn Sie jemals einen Fluss oder See in Ihrer Stadt sehen, ist es für Sie offensichtlich, dass wir vor einem sehr ernsten Problem der Wasserverschmutzung stehen. Informieren wir uns über Wasser und Wasserverschmutzung.

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Häusliche Abwässer sind die Hauptquelle für Krankheitserreger (krankheitserregende Mikroorganismen) und faulbare organische Stoffe. Da Krankheitserreger mit den Fäkalien ausgeschieden werden, ist es wahrscheinlich, dass alle Abwässer aus Städten und Gemeinden Krankheitserreger enthalten, die möglicherweise eine direkte Gefahr für die öffentliche Gesundheit darstellen. Verrottbare organische Stoffe stellen eine andere Art von Bedrohung für die Wasserqualität dar. Da organische Stoffe im Abwasser von Bakterien und anderen Mikroorganismen auf natürliche Weise abgebaut werden, wird der gelöste Sauerstoffgehalt des Wassers aufgebraucht. Dies gefährdet die Qualität von Seen und Bächen, in denen ein hoher Sauerstoffgehalt für das Überleben von Fischen und anderen Wasserorganismen erforderlich ist. Abwasserreinigungsverfahren reduzieren den Gehalt an Krankheitserregern und organischen Stoffen im Abwasser, eliminieren sie jedoch nicht vollständig (siehe auch Abwasserbehandlung).

Auch häusliches Abwasser ist eine wichtige Quelle für Pflanzennährstoffe, hauptsächlich Nitrate und Phosphate. Überschüssige Nitrate und Phosphate im Wasser fördern das Algenwachstum und verursachen manchmal ungewöhnlich dichtes und schnelles Wachstum, das als Algenblüte bekannt ist. Wenn die Algen absterben, nimmt der im Wasser gelöste Sauerstoff ab, da Mikroorganismen Sauerstoff verwenden, um Algen während des Zersetzungsprozesses zu verdauen (siehe auch biochemischer Sauerstoffbedarf). Anaerobe Organismen (Organismen, die zum Leben keinen Sauerstoff benötigen) verstoffwechseln dann die organischen Abfälle und setzen Gase wie Methan und Schwefelwasserstoff frei, die für die aeroben (sauerstoffbedürftigen) Lebensformen schädlich sind. Der Prozess, durch den ein See von einem sauberen, klaren Zustand – mit einer relativ geringen Konzentration an gelösten Nährstoffen und einer ausgewogenen Wassergemeinschaft – in einen nährstoffreichen, algengefüllten Zustand und von dort in einen sauerstoffarmen, abfallgefüllten Zustand wechselt wird als Eutrophierung bezeichnet. Eutrophierung ist ein natürlich vorkommender, langsamer und unvermeidlicher Prozess. Wenn es jedoch durch menschliche Aktivitäten und Wasserverschmutzung (ein Phänomen, das als kulturelle Eutrophierung bezeichnet wird) beschleunigt wird, kann es zur vorzeitigen Alterung und zum Tod eines Gewässers führen.


Gesundheitliche Auswirkungen von biologischen Verunreinigungen

Einige biologische Schadstoffe lösen allergische Reaktionen aus, darunter:

Infektionskrankheiten wie Grippe, Masern und Windpocken werden über die Luft übertragen. Schimmel und Schimmelpilze setzen krankheitserregende Giftstoffe frei. Zu den Symptomen von Gesundheitsproblemen, die durch biologische Schadstoffe verursacht werden, gehören:

  • Niesen
  • wässrige Augen
  • Husten
  • Kurzatmigkeit
  • Schwindel
  • Lethargie
  • Fieber
  • und Verdauungsprobleme

Allergische Reaktionen treten erst nach wiederholter Exposition gegenüber einem bestimmten biologischen Allergen auf. Diese Reaktion kann jedoch sofort nach erneuter Exposition oder nach mehreren Expositionen im Laufe der Zeit auftreten. Infolgedessen können Personen, die nur leichte oder gar keine allergischen Reaktionen bemerkt haben, plötzlich sehr empfindlich auf bestimmte Allergene reagieren.

Einige Krankheiten, wie das Luftbefeuchterfieber, sind mit der Exposition gegenüber Toxinen von Mikroorganismen verbunden, die in großen Gebäudelüftungssystemen wachsen können. Diese Krankheiten können jedoch auch auf Mikroorganismen zurückgeführt werden, die in Heizungs- und Kühlsystemen sowie Luftbefeuchtern wachsen.

Kinder, ältere Menschen und Menschen mit Atemproblemen, Allergien und Lungenerkrankungen sind besonders anfällig für krankheitserregende biologische Stoffe in der Raumluft.

Schimmel, Hausstaubmilben, Tierhaare und Schädlingskot oder Körperteile können Asthma auslösen. Biologische Schadstoffe, einschließlich Schimmelpilze und Pollen, können bei einem erheblichen Teil der Bevölkerung allergische Reaktionen auslösen. Tuberkulose, Masern, Staphylokokken-Infektionen, Legionellen und Influenza werden bekanntlich über die Luft übertragen.


Was ist die größte Verschmutzungsquelle im Meer?

Wenn große Landstriche gepflügt werden, kann der exponierte Boden bei Regenfällen erodieren. Ein Großteil dieses Abflusses fließt ins Meer und trägt landwirtschaftliche Düngemittel und Pestizide mit sich.

Achtzig Prozent der Verschmutzung der Meeresumwelt kommt vom Land. Eine der größten Quellen ist die sogenannte Nonpoint-Source-Verschmutzung, die durch Abfluss entsteht. Die Verschmutzung durch punktuelle Quellen umfasst viele kleine Quellen wie Klärgruben, Autos, Lastwagen und Boote sowie größere Quellen wie Farmen, Ranches und Waldgebiete. Millionen von Kraftfahrzeugmotoren tropfen täglich kleine Mengen Öl auf Straßen und Parkplätze. Vieles davon gelangt auch ins Meer.

Einige Wasserverschmutzung beginnt tatsächlich als Luftverschmutzung, die sich in Wasserstraßen und Ozeanen festsetzt. Schmutz kann ein Schadstoff sein. Oberboden oder Schlick von Feldern oder Baustellen können in Gewässer gelangen und den Lebensräumen von Fischen und Wildtieren schaden.

Die Verschmutzung durch punktuelle Quellen kann Fluss- und Meerwasser für Mensch und Tier unsicher machen. In einigen Gebieten ist diese Verschmutzung so stark, dass die Strände nach Regenfällen geschlossen werden.

Mehr als ein Drittel der Muschelzuchtgewässer der Vereinigten Staaten sind durch die Küstenverschmutzung beeinträchtigt.

Die Korrektur der schädlichen Auswirkungen der Verschmutzung durch nicht punktförmige Quellen ist kostspielig. Jedes Jahr werden Millionen von Dollar für die Wiederherstellung und den Schutz von Gebieten ausgegeben, die durch Schadstoffe aus nicht punktförmigen Quellen beschädigt oder gefährdet sind. Die NOAA arbeitet mit der US-Umweltschutzbehörde, dem Landwirtschaftsministerium und anderen Bundes- und Landesbehörden zusammen, um Möglichkeiten zur Kontrolle der Verschmutzung durch punktuelle Quellen zu entwickeln. Diese Agenturen arbeiten zusammen, um die Verschmutzung durch nicht punktuelle Quellen zu überwachen, zu bewerten und zu begrenzen, die auf natürliche Weise und durch menschliches Handeln entstehen kann.

Das Küstenzonenmanagementprogramm der NOAA hilft bei der Erstellung spezieller Pläne zur Kontrolle der Verschmutzung durch nicht punktuelle Quellen für jeden Küstenstaat, der an dem Programm teilnimmt. Wenn Verschmutzungen durch nicht punktuelle Quellen Probleme verursachen, helfen NOAA-Wissenschaftler dabei, die genauen Ursachen aufzuspüren und Lösungen zu finden.


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Here’s why this environmental and public health win is so important.

When Clean Water’s Not Clear

The Trump administration wants to open our waterways back up to pollution.

Another Huge Drinking Water Fail Surfaces in Michigan

For years the state has ignored its foamy rivers and water supplies contaminated with chemicals called PFASs.

When It Rains, It Pours Raw Sewage into New York City’s Waterways

The Big Apple’s combined sewer system is 150 years old—and in desperate need of improvement.

Why Is it So Easy for Officials to Cover Up Drinking Water Scandals?

Vague regulations let government officials hide drinking water contamination from the public.

Why Are Our Waters Turning Green?

Toxic algal blooms are suffocating waterways from the Gulf of Mexico to Lake Erie.

The South Needs the Clean Water Rule

For drinking water, flood control, climate defense, habitat protection, fishing, swimming, and, of course, craft beer.

6 Ways You Can Help Keep Our Water Clean

Quick and easy things you can do to reduce water pollution and runoff.

Want to Make America Great Again? Don’t Let Its People Breathe or Drink Poison.

The cruel and un-American folly of shutting down the EPA’s environmental justice program.

The Truth About Tap

Lots of people think drinking bottled water is safer. Is it?

The Gulf of Mexico Is Sending Out an S.O.S.—a Message in a Plastic Bottle

Thanks to the Mississippi River’s trash stream, the Gulf has some of the highest concentrations of plastic in the world.

Week 79: Admit National Monuments Are Great? Nah, Says Interior Department.

Plus, Wheeler ignores factory farm pollution, Zinke ignores damage to wetlands, and Trump ignores public opposition to drilling the Arctic Refuge.


Safe Water and Your Health

Water pollution is any contamination of water with chemicals or other hazardous substances that are detrimental to human, animal, or plant health.

Possible sources of water contamination are:

  • Corroded water pipes that leach harmful chemicals, such as lead
  • Hazardous waste sites and industrial discharges
  • Pesticides and fertilizers from agricultural operations
  • Naturally occurring hazardous chemicals, such as arsenic
  • Sewage and food processing waste

Drinking Water

Drinking water in the U.S. comes from a variety of sources, including public water systems, private wells, or bottled water. Worldwide, nearly 2 billion people drink contaminated water that could be harmful to their health. 2 Though more of a concern in developing countries, safe drinking water is a U.S. public health priority.

Auswirkungen auf die Gesundheit

Examples follow of potential drinking water contaminants and reported health effects, which can range from subtle to severe depending on the chemical and total exposure.

  • Arsen &ndash a known human carcinogen associated with skin, lung, bladder, kidney, and liver cancer 3
  • Das Blei &ndash behavioral and developmental effects in children and cardiovascular and kidney problems 4
  • Hydraulic fracturing (fracking) chemicals &ndash damage to the immune 5 and reproductive systems 6
  • Pestizide &ndash neurodevelopmental effects and Parkinson&rsquos disease 7

Was macht NIEHS?

NIEHS research examines potential health effects of contaminants in water and explores ways to protect the public from contact with unsafe water.

The GuLF STUDY (Gulf Long-term Follow-up Study), funded by NIEHS and the National Institutes of Health Common Fund, studies the health of people who helped with the oil spill response and clean-up, took training, signed up to work, or were sent to the Gulf of Mexico to help in some way after the Deepwater Horizon disaster. NIEHS is leading this research effort with the support of many community groups. Nearly 33,000 people joined the study, making it the largest study ever conducted on the health effects of an oil spill. The study has tracked numerous health issues reported by cleanup workers, including skin rashes, wheezing and difficulty breathing, headaches, nausea, depression and anxiety, and heart attacks. However, the most recent publication to emerge from the research suggests that some health effects associated with the spill may resolve over time.

Read about previous and current Gulf Oil Spill Response Efforts.

NIEHS and the National Science Foundation jointly fund research on marine-related health issues through the Centers for Oceans and Human Health. Grantees, for example, develop techniques for more accurate and earlier detection of harmful algal blooms with the goal of preventing and reducing exposure. They also study the health effects of eating seafood containing toxins produced by harmful algal blooms. Contaminants of emerging concern, such as microplastics, are also studied.

NIEHS offers time-sensitive grants that enable researchers to launch studies quickly in response to natural disasters, industrial accidents, or policy changes that affect water quality. In addition, the National Toxicology Program, located at NIEHS, reviews available toxicology studies and conducts short- and long-term studies to help public health officials respond to threats to the safety of drinking water. Zum Beispiel:

  • Researchers measured PFAS exposures in residents near Colorado Springs whose water was contaminated with the PFAS perfluorohexane sulfonate (PFHxS), as well as contamination of the Cape Fear River in North Carolina by the PFAS GenX.
  • Scientists were able to address the concerns of residents of Flint, Michigan about their exposure to lead, giving them rapid information on how great the risk was and ways they might limit the exposure.
  • NTP completed a series of studies on the toxicity of chemicals that spilled into the Elk River in West Virginia , January 2014.

NTP is evaluating individual PFAS (per- and polyfluoroalkyl substances), which is a group of widely produced industrial-use chemicals that are found in some waterways. NTP studies seek to understand the effects of certain PFAS on metabolism, biological activity in cell-based systems, and health effects related to cancer and the immune system.

The NIEHS Superfund Research Program funds grants to study the health effects of potentially hazardous substances and to investigate effective and sustainable ways to clean up those substances at hazardous waste sites, which may include waterways.

The program&rsquos grant recipients have developed online tools to inform local communities about potential environmental health risks.

  • At Texas A&M University, scientists created the HGBEnviroScreen . (HGB stands for the eight-county Gulf Coast region of Houston-Galveston-Brazoria.) Residents may use the tool to better understand how health, environmental, and socioeconomic factors can combine to increase their susceptibility to health problems.
  • Scientists at University of California, Berkeley launched the Drinking Water Tool , an interactive website that helps California residents identify areas where water quality may be of concern.

SRP-funded researchers developed therapeutic sorbents that can bind to hazardous chemicals in water, potentially reducing health problems following natural disasters, chemical spills, and other emergencies. Sorbents are insoluble materials that may be used to bind and remove contaminants from water or food. In the form of enterosorbents, they can be safely consumed by people as a way to remove certain harmful substances from the gut.

NIEHS supports the NIH Disaster Research Response (DR2) Program . This program includes ready-to-go data collection tools, research protocols, and a network of trained responders. These tools assist timely gathering of environmental and toxicological data that compliments health information collected during disaster responses. Many disasters can affect water safety.


The Epidemiology of Air Pollution and Childhood Lung Diseases

Rakesh Ghosh , Irva Hertz-Picciotto , in The Lung (Second Edition) , 2014

Ambient Air Pollution

Pollutants are categorized into two types: primary and secondary. Primary pollutants are directly emitted from the source and secondary pollutants form when primary pollutants chemically react in the atmosphere. Ö 3 is a good example of a secondary pollutant because it is formed when volatile organic compounds and nitrogen oxides (NOx), precursors produced from motor vehicles and industrial sources, react in the presence of sunlight. Owing to the nature of its production, O3 has a diurnal profile with rise in the morning after heavy traffic and peak in the 10:00 a.m. to 6:00 p.m. Zeitraum. 6 In the evening, scavenging of O3 by nitric oxide (NO) titration in areas with heavy traffic reduces O3 to much lower levels, compared to daytime highs. High O3 levels may occur in downwind communities later in the afternoon and evening, stemming from airborne transport to areas without heavy traffic. Ö3 is a powerful oxidant and respiratory tract irritant in adults and children causing a number of symptoms including shortness of breath, chest pain, etc., when inhaling deeply.

Particulate matter is a heterogeneous mixture of small solid or liquid particles of varying composition found in the atmosphere. Fine particles (PM2.5) are emitted from combustion processes (especially diesel-powered engines, power generation, wood burning, etc.) and from some industrial activities. After entering the upper airways, particles have a tendency to travel along their original path of entry until they encounter a bend in the airway system. When these particles meet a bend, the larger ones do not turn with the air, rather stick to a surface that is in the particles’ original path. In general, particles with aerodynamic diameter greater than 10μm are deposited in the nasopharyngeal region (upper airway passages—nose, nasal cavity, and throat). 7 For smaller particles, as they travel through air, gravitational forces and air resistance eventually overcome their buoyancy (the tendency to stay up). As a result they settle on a surface of the lung, most commonly in the bronchi, and the bronchioles. Particles smaller than 0.5μm have a random motion, similar to gas molecules and are deposited on the lung walls (small airways and alveoli).

Particulates show marked geographic variation. For example, annual average concentrations of PM2.5 in southern California during the 19941997 period ranged from 7μg/m 3 outside the Los Angeles air basin to 32μg/m 3 within the air basin. Of measured ions in PM2.5, nitrate is the most abundant, followed by ammonium, sulfate, and chloride. In addition, PM2.5 contains a number of transition metals and organic compounds that influence its toxicity.

NEIN2 is a gaseous pollutant produced by high-temperature combustion and is capable of producing free radicals. The main outdoor sources of NO2 include diesel and gasoline-powered engines and power plants. The other gaseous pollutants such as SO2 and CO are also primarily produced from fuel combustion in vehicles, ships, or industrial installations. One of the main sources of SO2 is high sulfur coal.

Air polluted with O3, NEIN2, and particulates is an important public health problem in many regions of the world. The patterns of emission and photochemistry produce aerosols that vary in composition and size distribution in a complicated manner over time and space.


Biochemical Oxygen Demand and Water Quality

Biochemical oxygen demand (BOD) is a measure of the quantity of oxygen used by microorganisms (e.g., aerobic bacteria) in the oxidation of organic matter. Natural sources of organic matter include plant decay and leaf fall. However, plant growth and decay may be unnaturally accelerated when nutrients and sunlight are overly abundant due to human influence. Urban runoff carrying pet wastes from streets and sidewalks nutrients from lawn fertilizers leaves, grass clippings, and paper from residential areas, are all contributors to increase oxygen demand.

The increasing oxygen consumed in the decomposition process robs other aquatic organisms of the oxygen they need to live. Therefore, organisms that are more tolerant of lower dissolved oxygen levels may replace a diversity of natural water systems contain bacteria, which need oxygen (aerobic) to survive. These organisms are part of decomposition cycle and they feed on dead algae and other dead organisms.

Let us take a more complete look into the oxygen cycle in aquatic systems. At beginning of the cycle, algae and other producers in the water take up inorganic nutrients and use them in the process of building up their organic tissues. Consumers like fish and other aquatic animals eat some of the producers, and the nutrients move up the food chain. When these organisms die, bacteria decompose the organic compounds and release into the water inorganic nutrients such as nitrate, phosphate, calcium, and others. Some of these nutrients end up at downstream or in sediments, but most of them recycle again and again. Most of the bacteria in the aquatic water column are aerobic. That means that they use oxygen to perform their metabolic activities of decomposition. Remember that we learned in other related exercises that under normal conditions, dissolved oxygen exists in very low concentrations. Natural levels of oxygen in aquatic systems are always somewhat depleted by normal levels of aerobic bacterial activity. In most cases, if dissolved oxygen concentrations drop below 5 parts per million (ppm), fish will be unable to live for very long. All clean water species such as trout or salmon will die well above this level and even low oxygen fish such as catfish and carp will be at risk below 5 ppm.

When abnormally high levels of aerobic bacterial activity take place, however, the level of dissolved oxygen can drop dramatically. Under what kind of circumstances does such change happen? Generally, these abnormal bacterial activities occur when there is some sort of abnormal "pollution" introduced into the system. This can occur in the form of organic pollution for sources such as domestic sewage, septic tank leakage, and fertilizer runoff, or could be in the form of inorganics from domestic or industrial sources such as contaminated man-made products. Natural sources of organic compounds can also come into aquatic systems by means of floods, landslides, and erosion.


Schau das Video: Chemie im Wasser - Die unsichtbare Bedrohung ARTE (Juli 2022).


Bemerkungen:

  1. Choovio

    Sie machen einen Fehler. Ich kann es beweisen. Senden Sie mir eine E -Mail an PM, wir werden reden.

  2. Gwefl

    Wacker, was für eine ausgezeichnete Antwort.

  3. Bartel

    Ich möchte gerne mit dir reden.

  4. Tomi

    Ich entschuldige mich, aber ich denke, Sie liegen falsch. Ich biete an, darüber zu diskutieren. Schreiben Sie mir in PM, wir werden damit umgehen.

  5. Cowan

    JA, das ist sicher

  6. Tekus

    Es gibt nichts zu sagen - schweigen Sie, um kein Thema zu verstreuen.

  7. Taujind

    Schade, dass ich jetzt nicht ausdrücken kann - ich beeile mich am Job. Ich werde zurückkehren - ich werde notwendigerweise die Meinung zu dieser Frage äußern.



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